本文我將基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)角度，從 Linux 應(yīng)用層例子到內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的整個(gè)過程來梳理一遍，講清楚linux系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)原理，這里我們以open系統(tǒng)調(diào)用為例來講解。

在應(yīng)用層調(diào)用 open 系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，實(shí)際上調(diào)用的是 C 標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，具體的代碼如下：

其中，open 函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是要打開的文件路徑，第二個(gè)參數(shù)則是打開方式（例如只讀、讀寫等）。在這里我們使用了 O_RDONLY 參數(shù)表示只讀。

在 C 標(biāo)準(zhǔn)庫中，open 函數(shù)實(shí)際上是通過系統(tǒng)調(diào)用來完成文件的打開操作。接下來，我們來看一下系統(tǒng)調(diào)用的具體實(shí)現(xiàn)。

在 ARM 架構(gòu)的 Linux 內(nèi)核中，系統(tǒng)調(diào)用的處理流程分為以下幾步：

1.應(yīng)用程序通過 swi 匯編指令觸發(fā)中斷，將 CPU 切換到特權(quán)模式。

在 ARM 架構(gòu)中，每一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都對(duì)應(yīng)有一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，比如open系統(tǒng)調(diào)用的號(hào)碼就是5，應(yīng)用程序通過 swi 指令從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，CPU進(jìn)入特權(quán)模式，通過R7寄存器將中系統(tǒng)調(diào)用號(hào)傳遞給內(nèi)核。下面是 open 系統(tǒng)調(diào)用的匯編代碼示例：

2.中斷處理程序根據(jù)傳遞的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)找到對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。

內(nèi)核中的系統(tǒng)調(diào)用處理程序是通過一張系統(tǒng)調(diào)用表來實(shí)現(xiàn)的，該表包含了所有系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)指針。當(dāng)中斷處理程序接收到一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)查找該表，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。在 ARM 架構(gòu)中，系統(tǒng)調(diào)用表存儲(chǔ)在地址為 0x9000 的內(nèi)存位置上。

對(duì)于 open 系統(tǒng)調(diào)用，在內(nèi)核中的實(shí)現(xiàn)代碼為 sys_open() 函數(shù)，其定義在 fs/open.c 文件中。在 ARM 架構(gòu)中，sys_open() 函數(shù)的函數(shù)指針存儲(chǔ)在系統(tǒng)調(diào)用表的第 5 個(gè)位置上。

3.將用戶空間的參數(shù)復(fù)制到內(nèi)核空間，并在系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)中進(jìn)行相應(yīng)的操作。

在 ARM 架構(gòu)中，內(nèi)核將用戶空間和內(nèi)核空間分開，以確保用戶空間的數(shù)據(jù)不會(huì)被惡意程序修改。因此，在執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用之前，內(nèi)核需要將用戶空間的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核空間。對(duì)于 open 系統(tǒng)調(diào)用，它的參數(shù)包括文件名和標(biāo)志，這些參數(shù)都需要從用戶空間復(fù)制到內(nèi)核空間。

在內(nèi)核中，copy_from_user() 和 copy_to_user() 函數(shù)用于從用戶空間復(fù)制數(shù)據(jù)到內(nèi)核空間和從內(nèi)核空間復(fù)制數(shù)據(jù)到用戶空間。對(duì)于 open 系統(tǒng)調(diào)用，它需要從用戶空間復(fù)制文件名和標(biāo)志，并將它們傳遞給 sys_open() 函數(shù)進(jìn)行處理。下面是 sys_open() 函數(shù)的代碼示例：

4.將處理結(jié)果返回給用戶空間，并將 CPU 切換回用戶模式。

在 ARM 架構(gòu)中，系統(tǒng)調(diào)用的返回值通過 r0 寄存器傳遞給應(yīng)用程序。對(duì)于 open 系統(tǒng)調(diào)用，它的返回值為文件描述符，即打開文件的句柄。如果打開文件成功，則返回一個(gè)非負(fù)整數(shù)，表示新的文件描述符；否則，返回一個(gè)負(fù)數(shù)，表示錯(cuò)誤代碼。

在 sys_open() 函數(shù)中，如果成功打開文件，則將文件描述符安裝到當(dāng)前進(jìn)程的文件描述符表中，并返回該文件描述符。否則，返回錯(cuò)誤代碼。下面是 open 系統(tǒng)調(diào)用的匯編代碼示例：

最后，當(dāng)處理完 open 系統(tǒng)調(diào)用后，中斷處理程序?qū)?CPU 切換回用戶模式，將處理結(jié)果返回給應(yīng)用程序。